CN111192886B - 图像感测装置及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
图像感测装置及其形成方法。公开了一种能够使入射在金属层上的光的反射最小化的图像感测装置。该图像感测装置包括：半导体基板，其中形成有至少一个沟槽；防反射层，其按照使得所述至少一个沟槽被防反射层掩埋的方式形成在半导体基板上方；以及金属层，其形成在防反射层上方，并设置有与所述至少一个沟槽对应的至少一个通孔。
Description
技术领域
本专利文献中公开的技术和实现方式涉及一种图像感测装置。
背景技术
图像感测装置是利用对光作出反应的感光半导体来捕获来自至少一个光学图像或对象的光并将所捕获的光转换为电信号的装置。近来，随着汽车、医疗、计算机和通信行业的发展，在例如数字相机、摄像机、个人通信***(PCS)、游戏机、监控相机、医疗微型相机、机器人等的各种技术领域中对高速高性能图像传感器的需求快速增加。
一种非常常见类型的图像感测装置是电荷耦合器件(CCD)，其长时间统治了图像传感器领域。另一种常见类型的图像感测装置是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像感测装置。因此，图像感测装置可被大致分类为基于CCD的图像感测装置和基于CMOS的图像感测装置。CMOS图像感测装置现在被广泛使用，因为其可提供优于CCD图像感测装置的某些优点，包括例如将模拟控制电路和数字控制电路组合到单个集成电路(IC)上。
具有诸如CMOS图像传感器的图像传感器的相机可遭受由眩光效应导致的图像伪影。当光入射在图像感测装置内的诸如金属焊盘的金属膜上时，存在可由从具有高光反射率的金属膜反射的光导致这种眩光效应的可能性。
因此，需要使入射在金属膜上的光的反射最小化。
发明内容
除了别的以外，本专利文献提供了一种图像感测装置的设计，其可使入射光的不想要的反射最小化，从而改进图像质量。
本公开的实施方式涉及一种具有能够使从结构中的金属膜反射的光最小化的结构的图像感测装置。
根据本公开的一方面，一种图像感测装置包括：半导体基板；像素区域，其形成在半导体基板处以包括将光转换为像素信号的感光像素；相邻区域，其与像素区域相邻地形成在半导体基板处并且被构造为包括一个或更多个沟槽；防反射层，其在相邻区域中形成在半导体基板上方以填充所述一个或更多个沟槽，该防反射层被配置为减少入射在该防反射层上的光的反射以减少从相邻区域到像素区域的光；以及金属层，其在相邻区域中形成在防反射层上方，并且被构造为包括空间上分别与所述一个或更多个沟槽对应的一个或更多个通孔。
根据另一实施方式，一种图像感测装置包括：像素区域，其包括被构造为将光转换为电信号的多个单元像素；逻辑区域，其包括多个逻辑电路，各个逻辑电路与多个单元像素中的一个或更多个单元像素通信以从像素区域接收电信号并对所接收的电信号执行信号处理；以及焊盘区域，其包括被配置为将逻辑电路电联接到外部电路的焊盘。焊盘包括至少一个通孔和光吸收结构。所述至少一个通孔被构造为提供光反射路径以将光引导到光吸收结构，并且光吸收结构被形成为吸收通过所述至少一个通孔接收的光。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照以下详细描述，所公开的技术的以上和其它特征和优点将变得容易显而易见，附图中：
图1示出基于所公开的技术的实施方式的图像感测装置的示例；
图2是示出基于所公开的技术的实施方式的光吸收结构和焊盘的示例的平面图；
图3是示出沿着图2所示的线A-A’截取的光吸收结构和焊盘的示例的横截面图；
图4示出入射在图3所示的焊盘上的光的示例路径；
图5至图8示出用于形成图2和图3所示的结构的工艺；以及
图9示出基于所公开的技术的另一实施方式的光吸收结构的示例。
具体实施方式
图1示出基于所公开的技术的实施方式的图像感测装置的示例。
参照图1，图像感测装置可包括像素区域PX、逻辑区域(或逻辑区)LA和焊盘区域(或焊盘区)PA。
像素区域PX可位于可接收光的区域(包括例如图像感测装置的中央)处，并且可包括多个单元像素。单元像素可将光转换为电信号，并且可按照二维(2D)矩阵形式布置。单元像素可包括光电转换元件(例如，光电二极管)、滤色器、微透镜和像素晶体管。在所公开的技术的光电转换元件形成在半导体基板中的实现方式中，滤色器和微透镜可形成在半导体基板的第一表面上方，并且像素晶体管可形成在半导体基板的被布置为面对第一表面的第二表面上方。
逻辑区域LA可位于像素区域PX附近以使得更容易接收从入射在像素区域PX上的光转换的电信号。例如，逻辑区域LA可位于像素区域PX外侧。逻辑区域LA可包括多个逻辑电路以从像素区域PX接收电信号并处理所接收的电信号。该逻辑区域LA可包括例如相关双采样器(CDS)、模数转换器(ADC)、斜坡信号发生器和图像处理器的各种逻辑电路。焊盘区域PA可位于逻辑区域LA附近以使得逻辑区域LA可经由焊盘区域PA与外部装置通信。例如，焊盘区域PA可位于逻辑区域LA外侧，并且可包括将逻辑区域LA的逻辑电路电联接到外部电路的多个焊盘20。各个焊盘20可包括金属膜，并且该金属膜可形成为单个金属膜或不同金属膜的层叠结构。例如，各个焊盘可由铝(Al)形成，或者可形成为铝(Al)和钨(W)的层叠结构。
焊盘区域PA存在于像素区域PX附近可导致焊盘区域PA中的入射光的不期望的散射或反射被引导到像素区域PA，以使得来自焊盘区域PA的这种散射或反射光的存在可不利地影响像素区域PA的成像检测。例如，来自焊盘区域PA的这种散射或反射光可作为眩光出现，其使成像检测劣化。为了减少焊盘区域PA中的入射光的这种不期望的散射或反射，所公开的技术在焊盘区域PA中提供结构以吸收焊盘区域PA中的入射光。在所公开的技术的实施方式中，各个焊盘20可包括可在从结构外部到结构内部的方向上提供光反射路径的结构。例如，焊盘20可包括具有至少一个通孔的结构。另外，可在焊盘20下方形成光吸收结构10，光吸收结构10被配置为吸收经由各个焊盘20的通孔接收的光。
各个焊盘20可按照使得焊盘20的一些区域可联接到基板通孔(TSV)的方式形成在半导体基板上方。例如，各个焊盘20的一端可联接到TSV，并且可按照从联接到TSV的连接部水平延伸的平板形状形成。
尽管为了描述方便，图1示出焊盘区域PA仅位于像素区域PX的两侧的示例实现方式，但是应该注意的是，焊盘区域PA也可被布置为围绕像素区域PX。
图2和图3示出形成在图1所示的焊盘区域PA中的光吸收结构10和焊盘20。具体地，图2是示出光吸收结构10和焊盘20的示例的平面图，并且图3是示出沿着图2所示的线A-A’截取的光吸收结构10和焊盘20的横截面图。这里，焊盘区域OA可包括光吸收结构10以及形成在光吸收结构10上方的焊盘20。
光吸收结构10可包括：半导体基板12，其中多个沟槽14按照阵列形成；以及防反射层16，其按照使得防反射层16被埋入多个沟槽14中的方式形成在半导体基板12上方。
可通过将半导体基板12蚀刻至预定深度来形成沟槽14。在半导体基板12上形成沟槽时，可使用包括湿法蚀刻或干法蚀刻的任何蚀刻技术。在所公开的技术的实施方式中，各个沟槽14可形成为使得各个沟槽14的上横截面区域(例如，图3中的横截面图中的上部)的尺寸大于各个沟槽14的下横截面区域(例如，图3中的横截面图中的下部，包括各个沟槽的底表面)。即，各个沟槽14可形成为朝着底表面逐渐缩小，使得各个沟槽14的水平横截面区域的尺寸在向下方向上逐渐减小(即，与逐渐减小的高度成比例)。
沟槽14可形成为与形成在各个焊盘20中的通孔26在垂直方向上交叠。沟槽14的形状可与通孔26的形状相同或相似。例如，各个沟槽14可形成为使得各个沟槽14的水平横截面区域按照圆形形状、椭圆形形状或任何其它合适的形状形成。即，沟槽14可在焊盘区域PA的半导体基板12内与通孔26一起构图。在这种情况下，当从上方看时，沟槽14和通孔26可被构图为在相同的平面位置处具有相同或相似的形状。
图2作为示例示出各个沟槽14的底部区域的尺寸小于各个通孔26的底部区域，但并非限制。因此，例如，根据其尺寸，各个沟槽14的底部区域可等于或大于各个通孔26的底部区域。
防反射层16可用于吸收通过各个焊盘20的通孔26接收的光，并且可形成在半导体基板12与各个焊盘20之间，使得能够充分地吸收光的材料被埋入形成在半导体基板12与各个焊盘20之间的各个沟槽14中。防反射层16的顶表面被平坦化，使得防反射层16可用作平坦化膜。防反射层16可形成为不仅延伸到像素区域PX，而且延伸到逻辑区域LA。防反射膜16可包括氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)或氮氧化硅(SiOxNy)，或者氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)或氮氧化硅(SiOxNy)等中的任意两种或更多种。例如，防反射层16可作为仅由一种材料形成的单层结构形成，或者可作为不同的材料层叠的多层结构形成。
焊盘20可形成在防反射层16上方，并且可包括导电膜，其中形成有多个通孔26。在这种情况下，各个通孔26可形成为使得各个通孔26的上横截面区域(即，图3中的横截面图中的上部)的尺寸大于各个通孔26的下横截面区域。即，各个通孔26可形成为朝着其下部逐渐缩小，使得各个通孔26的水平横截面区域的尺寸按照与沟槽14中相同的方式在向下方向上逐渐减小(即，与逐渐减小的高度成比例)。
通孔26可形成为与形成在半导体基板14中的沟槽14在垂直方向上交叠。例如，通孔26和沟槽14可被布置为使得各个通孔26的中心点位于与和通孔26对准的沟槽14的中心点相同的垂直线处。
焊盘20可包括至少一个金属膜图案22和24。例如，焊盘20可包括钨(W)膜图案22和铝(Al)膜图案24的层叠结构。在所公开的技术的一些实施方式中，钨(W)膜图案22可与其它层的形成并行形成。例如，图像感测装置的制造工艺可包括形成硅通孔(TSV)和/或用于相对于入射光屏蔽逻辑区域LA的屏蔽膜。在这种情况下，钨(W)膜图案22可与TSV和/或屏蔽膜的形成同时形成。
作为示例而非限制，图2示出形成在整个焊盘20上方的通孔26。因此，通孔26可仅形成在各个焊盘20的一些区域处。例如，在多个焊盘20中的一些或各个焊盘20的一些部分联接到TSV的示例实现方式中，通孔26可形成在连接到TSV的那些焊盘或那些部分以外的剩余区域中。
图4示出入射在图3所示的焊盘上的光的示例路径。
参照图4，通孔26可形成在焊盘20中，使得入射在焊盘20上的大部分光可通过通孔26到达防反射层16，而不会被反射到焊盘20外部。在这种情况下，防反射层16可位于焊盘20下面。此外，各自通过将半导体基板12蚀刻至预定深度而形成的多个沟槽14可形成在通孔26下面，并且足够厚以防止光反射的防反射膜16被埋入沟槽14中，使得已穿过通孔26并到达形成在沟槽14中的防反射层16的光可被防反射层16吸收。
总之，入射在焊盘20上的光可大部分被吸收到防反射层16中，使得从焊盘20反射的光的量可最小化。
图5至图8示出用于形成图2和图3所示的结构的工艺。
参照图5，可在半导体基板12的焊盘区域PA内要包括焊盘20的区域中形成按照阵列布置的多个沟槽14。
在所公开的技术的一些实施方式中，可使用光刻工艺来制造图2和图3所示的结构。例如，在半导体基板12的焊盘区域PA上方形成光致抗蚀剂膜，并且对光致抗蚀剂膜执行曝光和显影工艺，从而形成限定将形成多个沟槽14的特定区域的光致抗蚀剂图案(未示出)。在这种情况下，光致抗蚀剂图案可被构图，使得沟槽图案按照阵列布置。例如，沟槽图案可具有圆形形状、椭圆形形状或任何其它合适的形状。
随后，可使用光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模将焊盘区域PA的半导体基板12蚀刻至预定深度，从而形成多个沟槽14。
参照图6，可在半导体基板12上方形成防反射层16。
例如，在半导体基板12上方形成防反射材料以使得防反射材料被埋入沟槽14中之后，可将防反射材料的顶表面平坦化，从而形成防反射层16。防反射层16可包括氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)、氮氧化硅(SiOxNy)或其组合。
作为示例而非限制，图6示出防反射膜16仅形成在形成有焊盘20的区域中，因此如果需要，防反射层16也可形成为不仅延伸到像素区域PX，而且延伸到逻辑区域LA。
参照图7，可在防反射层16上方形成要用于这种焊盘的金属层(以下称为焊盘金属层)。要用作焊盘的金属层(即，焊盘金属膜)可形成为钨(W)膜17和铝(Al)膜18的层叠结构。例如，可在防反射层16上方沉积钨膜17，并且可在钨膜17上方沉积铝膜18，从而形成焊盘金属膜。基于所公开的技术的一些实施方式的图像感测装置的制造工艺可包括形成TSV和/或用于相对于入射光屏蔽逻辑区域LA的屏蔽膜。在这种情况下，钨膜17可与TSV和/或屏蔽膜的形成同时形成。
随后，在铝(Al)膜18上方形成光致抗蚀剂膜，然后通过曝光和显影来处理光致抗蚀剂膜，使得形成限定将形成多个通孔26的特定区域的光致抗蚀剂图案19。例如，光致抗蚀剂图案19可包括按照阵列布置的多个通孔图案。通孔图案可被布置为与形成在半导体基板12中的沟槽14对准。在这种情况下，通孔图案可形成为使得各个通孔图案的中心点位于与形成在半导体基板12中的各个沟槽14的中心点相同的垂直线处。
参照图8，使用光致抗蚀剂图案19作为蚀刻掩模依次对铝膜18和钨膜17进行蚀刻，直至防反射层16暴露，从而形成各自包括铝膜图案24和钨膜图案22的多个焊盘结构，并且在焊盘结构中形成有通孔26。
图9示出基于所公开的技术的另一实施方式的光吸收结构的示例。
在上述实施方式中，如图8的垂直横截面图的右手侧和左手侧所示，在部分地形成的通孔26下方没有形成沟槽14。
相比之下，如图9所示，可形成沟槽14，使得在这样部分地形成的通孔下方也可形成具有大厚度的防反射层16。换言之，可在所有通孔26下方一对一形成光吸收结构的沟槽14。
在所公开的技术的一些实施方式中，提出了一种形成图像感测装置的方法，该图像感测装置包括形成焊盘以将图像感测装置的逻辑电路电联接到图像感测装置外部的外部电路的焊盘区域，该方法包括以下步骤：提供基板；在基板上的焊盘区域中形成多个沟槽；在所述多个沟槽上方以及所述多个沟槽内部形成防反射层；在防反射层上方形成导电层；将光致抗蚀剂涂覆在导电层上；对光致抗蚀剂进行构图以限定要形成一个或更多个通孔的区域，使得所述一个或更多个通孔与所述多个沟槽中的一个或更多个沟槽对准；使用覆盖导电层的所构图的光致抗蚀剂来蚀刻导电层，从而通过所述一个或更多个通孔暴露防反射层；以及将光致抗蚀剂剥离。
这里，在焊盘区域中形成所述多个沟槽的步骤包括以下步骤：将光致抗蚀剂涂覆在基板上；对光致抗蚀剂进行构图以限定要形成所述多个沟槽的区域；以及使用覆盖基板的所构图的光致抗蚀剂来蚀刻基板。导电层包括铝(Al)或钨(W)或者铝(Al)和钨(W)等的组合。防反射层包括氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)或氮氧化硅(SiOxNy)或者氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)或氮氧化硅(SiOxNy)等中的任意两种或更多种。各个通孔形成为朝着所暴露的防反射层逐渐缩小以提供将光引导到防反射层的光反射路径。
从以上描述显而易见，基于所公开的技术的各种实施方式实现的图像感测装置可允许入射在金属膜上的大部分光被防反射层吸收，而不会从金属膜反射到焊盘外部，从而减少/最小化可由从金属膜反射的光导致的眩光效应。
针对所公开的技术仅描述了少数实现方式和示例。可基于本专利文献中所描述和示出的内容进行其它实现、增强和变化。
相关申请的交叉引用
本专利文献要求2018年11月14日提交的韩国专利申请No.10-2018-0139605的优先权和权益，其整体通过引用并入本文。
Claims (19)
1.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：
半导体基板；
像素区域，该像素区域形成在所述半导体基板处以包括将光转换为像素信号的感光像素；
相邻区域，该相邻区域与所述像素区域相邻地形成在所述半导体基板处并且被构造为包括一个或更多个沟槽；
防反射层，该防反射层在所述相邻区域中形成在所述半导体基板上方以填充所述一个或更多个沟槽，该防反射层被配置为减少入射在该防反射层上的光的反射以减少从所述相邻区域到所述像素区域的光；以及
金属层，该金属层在所述相邻区域中形成在所述防反射层上方，并且被构造为包括空间上分别与所述一个或更多个沟槽对应的一个或更多个通孔，
其中，所述一个或更多个沟槽位于所述半导体基板中。
2.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，通孔被布置为与对应沟槽在垂直方向上交叠。
3.根据权利要求2所述的图像感测装置，其中，按照使得通孔的中心点位于与和所述通孔对准的对应沟槽的中心点相同的垂直线处的方式布置所述通孔。
4.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述金属层包括钨层和铝层的层叠结构。
5.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，通孔的水平横截面区域的形状与对应沟槽的水平横截面区域的形状相同。
6.根据权利要求5所述的图像感测装置，其中，所述通孔的水平横截面区域和所述对应沟槽的水平横截面区域为圆形形状。
7.根据权利要求5所述的图像感测装置，其中，所述通孔和所述对应沟槽中的每一个的所述水平横截面区域的尺寸在朝着所述半导体基板的向下方向上逐渐减小。
8.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：
像素区域，该像素区域包括被构造为将光转换为电信号的多个单元像素；
逻辑区域，该逻辑区域包括多个逻辑电路，各个逻辑电路与所述多个单元像素中的一个或更多个单元像素通信以从所述像素区域接收所述电信号并对所接收的电信号执行信号处理；以及
焊盘区域，该焊盘区域包括被配置为将所述逻辑电路电联接到外部电路的焊盘，
其中，所述焊盘包括至少一个通孔和光吸收结构，并且其中，所述至少一个通孔被构造为提供光反射路径以将光引导到所述光吸收结构，并且所述光吸收结构被形成为吸收通过所述至少一个通孔接收的所述光，并且
其中，所述光吸收结构包括位于半导体基板内部的至少一个沟槽以及形成在所述半导体基板上以填充在所述至少一个沟槽中的防反射层。
9.根据权利要求8所述的图像感测装置，其中，所述至少一个沟槽与所述至少一个通孔对准并具有预定深度，并且
所述防反射层形成在所述半导体基板与所述焊盘之间。
10.根据权利要求9所述的图像感测装置，其中，所述至少一个通孔形成在所述至少一个通孔被形成为与所述至少一个沟槽在垂直方向上交叠的位置处。
11.根据权利要求10所述的图像感测装置，其中，所述至少一个通孔按照使得所述至少一个通孔的中心点位于与和所述至少一个通孔对准的对应沟槽的中心点相同的垂直线处的方式布置。
12.根据权利要求9所述的图像感测装置，其中，所述至少一个通孔和所述至少一个沟槽中的每一个的水平横截面区域的尺寸在向下方向上逐渐减小。
13.根据权利要求8所述的图像感测装置，其中，所述焊盘包括金属层。
14.根据权利要求13所述的图像感测装置，其中，所述金属层包括钨层和铝层的层叠结构。
15.一种形成图像感测装置的方法，所述图像感测装置包括形成焊盘以将所述图像感测装置的逻辑电路电联接到所述图像感测装置外部的外部电路的焊盘区域，该方法包括以下步骤：
提供基板；
在所述焊盘区域的所述基板中形成多个沟槽；
在所述多个沟槽上方以及所述多个沟槽内部形成防反射层；
在所述防反射层上方形成导电层；以及
对所述导电层进行构图以限定要形成一个或更多个通孔的区域，使得所述一个或更多个通孔与所述多个沟槽中的一个或更多个沟槽对准。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，在所述焊盘区域的所述基板中形成所述多个沟槽的步骤包括以下步骤：将光致抗蚀剂涂覆在所述基板上，对所述光致抗蚀剂进行构图以限定要形成所述多个沟槽的区域，并使用覆盖所述基板的所构图的光致抗蚀剂来蚀刻所述基板。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述导电层包括铝Al或钨W或者铝Al和钨W等的组合。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述防反射层包括氮化硅SiNx、氧化硅SiOx或氮氧化硅SiOxNy或者氮化硅SiNx、氧化硅SiOx或氮氧化硅SiOxNy等中的任意两种或更多种。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，各个通孔被形成为朝着所暴露的防反射层逐渐缩小。
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